精馏塔的设计详解(共21页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录一. 前言 3二. 塔设备任务书 4三. 塔设备已知条件 5四. 塔设备设计计算 61、选择塔体和裙座的材料 62、塔体和封头壁厚的计算 63、设备质量载荷计算74、风载荷与风弯距计算95、地震载荷与地震弯距计算 126、偏心载荷与偏心弯距计算 137、最大弯距计算 148、塔体危险截面强度和稳定性校核149、裙座强度和稳定性校核 1610、塔设备压力试验时的应力校核 1811、基础环设计 1812、地脚螺栓设计 19五. 塔设备结构设计 20六. 参考文献 21七. 结束语 21前言苯(C6H6)在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。苯可燃

2、，有毒，也是一种致癌物质。它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。苯具有的环系叫苯环，是最简单的芳环。苯分子去掉一个氢以后的结构叫苯基，用Ph表示。因此苯也可表示为PhH。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。甲苯是有机化合物，属芳香烃，分子式为C6H5CH3。在常温下呈液体状，无色、易燃。它的沸点为1108，凝固点为95，密度为0866克厘米3。甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的溶剂中。甲苯容易发生氯化，生成苯氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻

3、甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。甲苯与苯的性质很相似，是工业上应用很广的原料。但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。苯和甲苯都是重要的基本有机化工原料。工业上常用精馏方法将他们分离。精馏是分离液体混合物最早实现工业化的典型单元操作，广泛应用于化工，石油，医药，冶金及环境保护等领域。它是通过加热造成汽液两相体系，利用混合物中各组分挥发度的差别实现组分的分离与提纯的目的。实现精馏操作的主要设备是精馏塔。精馏塔主要有板式塔和填料塔。板式塔的核心部件为塔板，其功能是使气液两相保持密切

4、而又充分的接触。塔板的结构主要由气体通道、溢流堰和降液管。本设计主要是对板式塔的设计。一 塔设备任务书简图与说明比例设计参数与要求工作压力MPa0.004腐蚀速率mm/a0.01设计压力MPa0.0044设计寿命 a20工作温度 C120浮阀个数设计温度 C150浮阀间距介质名称苯、甲苯保温材料厚度/mm100介质密度 kg/m3799.054保温材料密度kg/m3300基本风压 Pa300存留介质高度 mm52.5/49地震烈度9壳体材料Q235-A场地类别内件材料塔形筛板塔裙座材料Q235-A塔板数目21偏心质量 kg2000塔板间距 mm500偏心距 mm1000接管表符号公称尺寸连接面

5、形式用途符号公称尺寸连接面形式用途a1,2450mm人孔g45mm突面回流口b1,2突面温度计h1-325mm突面取样口c突面进气口i1,2突面液面计d1,238mm突面加料口j38mm突面出料口e1,2突面压力计k1-3450 mm突面人孔f127mm突面排气口条件内容修改修改标记修改内容签字日期塔径（原设计算错）备注甲苯-苯精馏塔设计单位名称化工系2班刘丽娟工程名称提出人刘丽娟日期08.7.25三 . 塔设备已知条件塔体内径 1200场土地类别塔体高度 10550偏心品质2000设计压力 0.0044偏心距 1000设计温度 /C150塔保温层厚度 100塔体材料Q-235A保温材料密度3

6、00许用应力113裙座材料Q-235B113许用应力113设计温度下弹性模量210-5常温屈服点235常温屈服点235设计温度下弹性模量210-5厚度附加量2厚度附加量2塔体焊接头系数0.85人孔、平台数5介质密度1000地脚螺线材料Q-235A塔盘数 48许用应力147每块塔盘存留介质层高度50腐蚀裕量 3基本分压值 300个数 4地震设防烈度9表二：已知条件列表四 塔设备设计计算1、 选择塔体和裙座的材料设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，由“工艺部分”的工艺条件可知塔顶表压为4kPa；通常情况下将容器在正常操作情况下容器顶部可能出现的最高工作压力称为容器的最大工作压力用表示，即0.00

7、4MPa；取设计压力0.0044MPa。设计温度是指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下，设定的受压组件的金属温度，其值不得低于容器工作是器壁金属达到的最高温度。本设计塔内最高温度塔底取得C，设计温度可以取为C。从上可知，设计压力和设计温度都属于低压、低温状态，塔体和裙座的材料可用：Q235-A，GB912，热轧，厚度为34mm，常温下强度指标375MPa、235MPa，设计温度下的许用应力113MPa。2、 塔体和封头壁厚的计算2.1 塔体壁厚的计算塔体的壁厚是值塔体计算出来的有效厚度，有效厚度可以用下式计算（式中为理论计算厚度，mm；为除去负偏差以后的圆整值，mm；为名义厚度，mm；为钢

8、板厚度负偏差，mm；为腐蚀裕量，mm。）2.1.1理论计算厚度，其中指塔体的内径，由工艺部分计算可知=1.2m；为焊接头系数，本设计采用双面焊、局部无损探伤，=0.85。=0.03mm对于碳素钢和低合金钢制容器，而 0.2。塔设备各段质量可以近似的按下表中的处理5.1.2 垂直地震力塔设备的垂直地震力按下式计算：（=0.65=0.585；=0.9kg) ，所以有：=44969.1N任意质量处垂直地震力按下式计算：= 塔段0112233445长度/m0.551144各点距地面高度/mm55015502550655010550质量/ kg545.2991.3991.33965.33965.30.0

9、0490.03940.20240.64621.3327/N299.861536.5152527.81525972.71541833.915/N186.957.391041575.062716183.40526066.401表三：水平、垂直地震力（以上计算均由Excel自动生成）5.1.3 地震弯距对于等直径、等壁厚塔设备的任意截面I-I和底截面00底基本振型地震弯距分别按下式进行计算： 同计算风弯距一样，对危险截面进行地震弯距的计算， =91512.2N.m=84806.8N.m=79402.8N.m6、偏心载荷和偏心弯距的计算由前面计算可知，7、最大弯距的计算塔设备任意计算截面I-I处的最大

10、弯距按下式进行计算=Max，同前面计算，本设计将对危险截面进行计算，如下表所示截面001122，93846， 91512.284806.879402.8 ，1.96 ，.2.05.3，.2.05.3表四：求最大弯距8、塔体危险截面强度和稳定性校核8.1 圆筒轴向应力圆筒任意计算截面I-I处的轴向应力分别按下式进行计算。由于内压和外压引起的轴向应力： 由于重力和垂直地震力引起的轴向应力：（其中仅在最大弯距为地震弯距参与组合时计入此项）。最大弯距引起的轴向应力：8.2 圆筒稳定性校核 圆筒许用轴向应力按下式确定： 圆筒最大组合拉应力按下二式进行校核：内压塔器：+；外压塔器：+具体轴向应力求法和校核

11、如下表所示：计算内容计算公式及数据00截面11截面22截面有效厚度，mm2.5筒体内径，mm1200计算截面以上的操作质量，kg10458.5985610103设计压力引起的轴向应力 ，MPa=000.528操作质量引起的轴向应力，MPa10.891510.2640510.52128最大弯距引起的轴向应力，MPa107.31101.2989.49载荷组合系数K1.2系数A设计温度下材料的许用应力查表可知（Q-235A，150度）的=113MPa113113113系数B，MPa117117117KB，MPa140.4140.4140.4135.6135.6135.6许用轴向应力取KB和中的较小者

12、135.6135.6135.6圆筒最大组合应力+对内压容器 +（满足条件）61.4810957.7145353.85613115.26115.26115.26圆筒最大组合拉应力对内压容器 满足条件39.698137.1864333.34158表五：轴向应力的求取及校核9、 裙座的强度和稳定性校核塔设备常采用裙座支承，并根据承载的不同，分为圆筒形和圆锥形两种。由于圆筒形裙座制造方便，被广泛采用。但需要配置较多的地脚螺栓和具有足够大承载面积的基础环，以防止由于风载荷或地震载荷所引起的弯距而造成翻到。若经应力校核不能满足，只能选用圆锥形裙座支承。圆筒形裙座轴向应力校核首先选取裙座的危险截面。危险截面

13、的位置，一般取裙座底截面或裙座检查孔和较大管线引出孔截面处。然后按裙座有效厚度验算危险截面的应力。9.1 裙座底截面的组合应力裙座底截面的组合应力按下式进行校核（仅在最大弯距为地震弯距参与组合时计入此项；裙座底部截面积，；裙座圆筒和锥壳的底部截面系数，。）由上计算可知：裙座有效厚度、裙座筒体内径、0-0截面处最大弯距和操作质量分别为：，=.2N.m，=10458.5N.m0-0截面积和截面系数分别为：=3.1412002.5=9420，0.785120022.5=2.826106裙座许用应力：Min ,=Min140.4，135.6=135.6 Min ,满足条件，材料安全9.2 裙座检查孔和

14、较大管线引出孔截面处组合应力裙座检查孔和较大管线引出孔hh截面处组合应力按下式进行校核 和 本设计中检查孔加强管长度、加强管水平方向的最大宽度、加强管厚度和裙座内径分别为：， =0.785120022.522（30012002.5/2）=Min140.4, 211.5=140.41-1截面处最大弯距、风弯距、以上操作质量和最大质量分别为=.05N.m ，N.m ，9856kg，10103kg 10、塔设备压力试验时的应力校核10.1 圆筒应力试验压力引起的周向应力：，本设计采用水压试验，所以=0.001kg/cm3, =1.25=0.0055试验压力引起的轴向应力：2-2截面处的最大质量和风弯

15、距分别为：=10103kg，6重力引起的轴向应力：弯距引起的轴向应力： 10.2 应力校核 液压试验时： 从上计算可知，材料安全。11、基础环设计 裙座外径： 基础环外径： 基础环内径：基础环伸出宽度：相邻俩筋板最大外侧间距：基础环面积：基础环截面系数：水压试验时压应力：操作时压应力：混凝土基础上的最大压力：由，可以查得对X轴和Y轴的弯距分别为，计算力矩：有筋板时基础环厚度： 取=12mm12、螺栓计算最大拉应力：基础环中螺栓承受的最大拉应力：所以塔必须设置地脚螺栓，取地脚螺栓为6个。地脚螺栓螺纹小径：（其中147MPa），故6M42地脚螺栓满足要求。五、结构设计在板式塔内沿塔高装置了若干层塔

16、盘，液体靠重力作用由塔顶逐盘流向塔底，并在各块塔盘面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上一次穿过各塔盘上的液层而升至塔顶。气液两相在各塔盘上直接接触完成热量和质量的传递，两者组成沿塔高呈阶梯式变化。 塔盘是板式塔内气、液接触的主要元件。塔盘要有一定的刚，以维持水平，使塔盘上的液层深度相对均匀；塔盘与塔壁之间应有一定的密封性，以避免气、液短路；塔盘应便于制造、安装、维修，并且成本要低。 本设计中塔盘设计如下图所示：塔内径1200mm塔盘开孔类型阀孔排列形式正三角形排列塔盘方式分块式塔盘阀孔中心距12mm塔盘间距500mm浮阀个数4005个流程单流程开孔率10.1%降液管型弓形溢流堰堰

17、长900mm堰高精馏段45mm；提馏段 54mm表六：塔结构设计六、参考文献1 蔡纪宁, 张秋翔. 化工设备机械基础课程设计指导书. 北京: 化学工业出版社, 20052 董大勤. 化工设备机械基础. 北京: 化学工业出版社, 20033 陈国理. 压力容器及化工设备. 广州: 华南理工大学出版社, 19954 夏颂祺, 丁伯民. 钢架. 北京: 化学工业出版社, 20045 丁伯民, 黄正林. 化工容器. 北京: 化学工业出版社, 2003七、结束语本次设计历时一周，通过广泛查阅资料、详细计算，终于完成了甲苯-苯的精馏设计的机械设计部分。在设计过程中，我将所学知识是交融在一起的，尤其是 “工程制图”和“机械基础”，其余还需要熟练的应用计算机如对word的操作、对AutoCAD等的应用。对于我而言，才刚刚学完了基础专业课程，对许多知识没有深刻的理解和掌握，需要学的东西还很多很多。除了学习和牢固掌握专业知识外，还要不断培养应用计算机的能力，以及专业知识的应用能力。 专心-专注-专业